DE10042573B4

DE10042573B4 - Ringkern

Info

Publication number: DE10042573B4
Application number: DE2000142573
Authority: DE
Inventors: Josef Bohn
Original assignee: MDEXX GmbH
Current assignee: MDEXX GMBH, 28199 BREMEN, DE
Priority date: 2000-08-15
Filing date: 2000-08-15
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2020-08-16
Also published as: DE10042573A1

Abstract

Ringkern mit mindestens einer den Ringkern radial umschlingenden Wicklung, wobei über den Umfang des Ringkerns verteilt mehrere Luftspalte in den Ringkern eingebracht sind dadurch gekennzeichnet, dassbesteht, die in einem Formkörper (F) aus nicht magnetischem Werkstoff/Werkstoffen mit einer in Umfangsrichtung des Ringkernes aufeinanderfolgenden Anzahl von trogartigen Kammern (K) mit jeweiligen Bodenstücken für die Aufnahme der Ringkern-Segmente eingebettet sind, wobei die Stege (ST) zwischen benachbarten Kammern Luftspalte zwischen den Ringkern-Segmenten bilden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ringkern nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Spulen stellen wegen ihrer induktiven Eigenschaften frequenzabhängige Widerstände dar; ein magnetischer Kern innerhalb einer Spule führt zu einer Vergrößerung ihrer Induktivität. Um einen Kern geschlungene Spulen können so bei gleicher Induktivität sehr viel kleiner gebaut werden als entsprechende kernlose Spulen. Für höherfrequente Anwendungen bestehen die Kerne aus Ferriten (halbleitende Oxide) oder feinen isolierten gepressten Eisenteilchen (Pulverkerne, Massekerne).
Bei einem ringförmig verlaufenden magnetischen Kern spricht man von einem Ringkern. Dieser Ringkern ist ein geschlossener Kern, bei dem die Induktionslinien praktisch völlig im Kern verlaufen. Der Induktivitätsverlauf solcher Ringkerne über dem Arbeitsstrom ist stark nichtlinear. Durch Einbringen eines Luftspaltes in den Ringkern lässt sich der Induktivitätsverlauf über dem Arbeitsstrom innerhalb bestimmter Grenzen linearisieren. Bislang gibt es aber keine Ringkerne, bei denen sich die Induktivität auch bei Einbringen eines Luftspaltes beliebiger Größe hinreichend linear mit dem Arbeitsstrom verändert.
US 5,165,162 beschreibt einen segmentierten torodialen Kern mit einer Windung, wobei zwischen den Segmenten des Kerns Luftspalten vorgesehen sind.
DE 686 052 A beschreibt einen ringförmigen Magnetkern mit einem Haltering aus nicht magnetischem Werkstoff, der mehrere Ausnehmungen zur Aufnahme der entsprechenden Zahl von nicht magnetisierbaren Teilstücken des Magnetkerns aufweist.
DE 85 33 153 U1 offenbart einen gewickelten Ferritringkern, der ungewickelt in einen durch eine Kappe aus thermoplastischem Werkstoff geschlossenen, ringförmigen Trog aus thermoplastischem Werkstoff eingesetzt ist und dessen Wicklung auf den Trog aufgebracht ist.
EP 1 335 391 A1 beschreibt einen nanokristallinen torodialen Kern, der gemeinsam mit der Windung in einem äußeren Trog untergebracht ist, der mit einem Deckel versehen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ringkern mit über dem Arbeitsstrom linearem Induktivitätsverlauf anzugeben.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kernes sind in den Unteransprüchen angegeben. Dort sind insbesondere die Maßnahmen offenbart, die ergriffen werden sollen, um mit möglichst einheitlich ausgestalteten Formteilen auszukommen und um bei Einbringung einer Mehrzahl von Luftspalten in einen Ringkern die durch die Luftspalte gebildeten Ringkernsegmente mechanisch so zu fixieren, dass sich die magnetischen Feldlinien über die Ringkernsegmente schließen können.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt jeweils in perspektivischer Darstellung einen Formkörper zur Aufnahme von z. B. vier Ringkernsegmenten und in den 2 und 3 spezielle Ausgestaltungen zur formschlüssigen Festlegung von paarweise zusammenwirkenden Teilformkörpern.
Der in 1 dargestellte Formkörper F besteht aus einem nicht magnetischem Werkstoff und dient der mechanischen Fixierung von Ringkernsegmenten S. In der Zeichnung ist nur ein solches Ringkernsegment dargestellt; es besteht aus Ferriten oder gepressten Eisenteilchen. Der Formkörper besitzt vier auf die äußeren Abmessungen der Ringkernsegmente S abgestimmte Kammern K, in die die Ringkernsegmente eingesetzt und in denen sie festgelegt sind; dies kann z. B. durch Verkleben der Ringkernsegmente mit den Kammerwandungen geschehen; es ist aber auch möglich, die Ringkernsegmente nur lose in die Kammern einzulegen. Die einzelnen Kammern sind von trogartiger Gestalt mit einem Bodenteil in Form eines Kreisringsegmentes, einem inneren und äußeren Umfangsteil und zwei seitlichen Stegen ST. Diese Stege halten die in den Formkörper eingebetteten Ringkernsegmente auf Abstand und bilden damit die Luftspalte innerhalb des Ringkernes. Durch die Verwendung von z. B. vier gleichgroßen Kammern für vier Ringkernsegmente sind die durch die Stege gebildeten Luftspalte über den Umfang des Ringkernes gleichmäßig verteilt angeordnet.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Formkörper F aus zwei gleichen Formkörpersegmenten FS1, FS2 mit jeweils zwei Kammern. Die beiden Formkörpersegmente FS1, FS2 berühren sich mit ihren endseitigen Stegen und schließen sich so zu dem in der Zeichnung dargestellten ringförmigen Formkörper F. Durch die Aufteilung des Formkörpers in mindestens zwei Formkörpersegmente wird erreicht, dass die den Ringkern umschlingenden Wicklungen außerhalb des Ringkernes gefertigt und dann von der Seite her auf die mit Ringkernsegmenten verfüllten Formkörpersegmente aufgesteckt werden können. Es sind dann lediglich noch die beiden Formkörpersegmente gegenseitig zu fixieren, was, wie nachstehend noch erläutert ist, geschehen kann.
Bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel ist der Formkörper zur Aufnahme von z. B. vier Ringkernsegmenten mit vier entsprechend ausgestalteten Kammern versehen, d. h. jede Kammer ist zur Aufnahme eines Ringkernsegmentes eingerichtet. Es ist aber auch möglich, die einzelnen Kammern mit jeweils mehr als einem entsprechend kürzeren Ringkernsegment zu verfüllen, wobei zwischen die einzelnen kürzeren Ringkernsegmente zum Bilden zusätzlicher Luftspalte auch noch den Stegen entsprechende lose Zwischenlagen eingefügt werden können.
Es ist auch möglich, den Formkörper einstückig auszubilden oder z. B. aus vier vorzugsweise gleichgroßen Formkörpersegmenten zusammenzusetzen und diese gegeneinander festzulegen und z. B. auf einer Leiterplatte oder einem sonstigen Träger anzubringen.
Ferner ist es möglich, die Ringkernsegmente jedes Formkörpers oder Formkörpersegmentes allseits mit einem nicht magnetischen Werkstoff zu ummanteln, z. B. durch gemeinsames Umspritzen der Ringkernsegmente oder durch Aufsetzen einer vorzugsweise ebenen Deckplatte auf die offene Seite des Formkörpers.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ringkernes sieht vor, den Formkörper bzw. die Formkörpersegmente zur Aufnahme der Ringkernsegmente aus mindestens zwei Teilformkörpers zusammenzufügen, deren Aussehen im wesentlichen dem eines Formkörpers bzw. Formkörpersegmentes entspricht mit dem Unterschied, dass die Stege und die Umfangsteile der Kammern dieser Teilformkörper kürzer sind als bei einem Formkörper nach 1. Die Mindesthöhe der Stege und Umfangsteile beider Teilformkörper zusammen entspricht der Höhe des aufzunehmenden Ringkernes. Die beiden Teilformkörper umschließen mit ihren Stegen und Umfangsteilen die aufzunehmenden Ringkernsegmente jeweils paarweise von ihrer Ober- und ihrer Unterseite und decken die Ringkernsegmente dabei nach außen hin vollständig ab. Jeder Teilformkörper weist eine oder mehrere Kammern zur Aufnahme von Ringkernsegmenten auf und kann seinerseits aus mehreren Teilformkörpersegmenten bestehen.
In vorteilhafter Weise sind die Stoßkanten der Teilformkörper oder Teilformkörpersegmente mit aufeinander abgestimmten Erhebungen und Vertiefungen versehen, die eine gegenseitige formschlüssige Festlegung dieser Elemente gestatten. Die Erhebungen und Vertiefungen können z. B. durch Warzen und Ausnehmungen dargestellt sein oder wie in 2 durch vorzugsweise umlaufende Nuten NU und Federn FE oder wie in 3 durch vorzugsweise umlaufende äußere und innere Absätze AA, AJ an den zusammenwirkenden Teilformkörpers F1, F2 bzw. F11, F12 bzw. Teil formkörpersegmenten.
Die vorgenannte Art der formschlüssigen Festlegung der Teilformkörper ist prinzipiell auch anwendbar auf die gegenseitige Festlegung segmentierter Formkörper nach 1 sowie auf die Fixierung einer ggf. vorgesehenen Abdeckung für den Formkörper.

Claims

Ringkern mit mindestens einer den Ringkern radial umschlingenden Wicklung, wobei über den Umfang des Ringkerns verteilt mehrere Luftspalte in den Ringkern eingebracht sind dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkern aus mehreren Ringkern-Segmenten (S) besteht, die in einem Formkörper (F) aus nicht magnetischem Werkstoff/Werkstoffen mit einer in Umfangsrichtung des Ringkernes aufeinanderfolgenden Anzahl von trogartigen Kammern (K) mit jeweiligen Bodenstücken für die Aufnahme der Ringkern-Segmente eingebettet sind, wobei die Stege (ST) zwischen benachbarten Kammern Luftspalte zwischen den Ringkern-Segmenten bilden.
Ringkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkorper (F) aus mindestens zwei Teilformkörpers (F1, F2) mit jeweils mindestens einer Kammer für Ringkernsegmente (S) besteht, wobei die Tiefe beider Kammern zusammen mindestens gleich der Höhe des Ringkernes ist, und dass die Teilformkörper mit ihren einseitig offenen Kammern die Ringkernsegmente von ihrer Ober- und ihrer Unterseite her vollständig umschließen.
Ringkern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (F) bzw. die Teilformkörper (F1, F2) aus mindestens zwei formgleichen, jeweils mindestens eine Kammer (K) aufweisenden Formkörper- bzw. Teilformkörpersegmenten (FS1, FS2) besteht.
Ringkern nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Ringkern-Segmente jedes Ringkernes mindestens gleich der Anzahl der Kammern des Formkörpers bzw. der Teilformkörper oder der Formkörpersegmente bzw. Teilformkörpersegmente ist.
Ringkern nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörpersegmente (FS1, FS2), Teilformkörper (F1, F2) oder Teilformkörpersegmente an den Stoßstellen zu benachbarten Form körpersegmenten, Teilformkörpern oder Teilform körpersegmenten mit Erhebungen und Vertiefungen zur gegenseitigen formschlüssigen Festlegung versehen sind.
Ringkern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen und Vertiefungen durch Warzen und Ausnehmungen dargestellt sind.
Ringkern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen und Vertiefungen durch Nuten (NU) und Federn (FE) dargestellt sind.
Ringkern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen und Vertiefungen durch innere und äußere Absätze (AA, AJ) dargestellt sind.
Ringkern nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkern-Segmente aus Ferriten oder Pulverwerkstoffen bestehen.